(新)數(shù)字化制造是先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)-

數(shù)字化制造是先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)是改造傳統(tǒng)制造業(yè)的有效手段[1-3]。為了有效地在我國(guó)利用先進(jìn)制造數(shù)字化時(shí)代、數(shù)字化工程、數(shù)字化技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)伴隨著信息時(shí)代的來(lái)臨，在某種意義上也可以認(rèn)為世紀(jì)之交全球正在進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。數(shù)字化時(shí)代是過(guò)去50年特別是最近30年和未來(lái)幾十年技術(shù)發(fā)展的一個(gè)歷史階段，其主要特征就是數(shù)字化技術(shù)在生產(chǎn)、生活、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科技、文化、教育和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大的應(yīng)用并取得日益顯著的效益的時(shí)代。數(shù)字化工程一般是指在國(guó)家經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)實(shí)施領(lǐng)域上、中、下游作業(yè)的領(lǐng)域數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造、管理、運(yùn)作、應(yīng)用、評(píng)估、改進(jìn)等方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、和領(lǐng)域數(shù)字化人才的培養(yǎng)和應(yīng)用等。數(shù)字化工程是推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步，建數(shù)字化技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)硬件、軟件、信息存儲(chǔ)、通信協(xié)議、周邊設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等為技*迅速、便數(shù)字化技術(shù)和各種專(zhuān)業(yè)技術(shù)相融合就形成了各種數(shù)字化專(zhuān)業(yè)技術(shù)，如數(shù)字化制造技術(shù)、數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)字化視聽(tīng)技術(shù)等。相對(duì)傳統(tǒng)制造技術(shù)，數(shù)字化制造技術(shù)是一項(xiàng)融合數(shù)字化技術(shù)和制造技術(shù)，且以制造工程科學(xué)為理論基礎(chǔ)的重大的制造技術(shù)革新，是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，有廣闊的應(yīng)用前景[8]。20年的回顧20年來(lái)制造領(lǐng)域發(fā)生了許多重要事件，主要有：命縮短，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)上升。一方面經(jīng)貿(mào)和產(chǎn)品制造有全球化趨勢(shì)，但另一方面全球化和局域利益又不斷沖突。環(huán)保要求日益突出，綠色制造和綠色供應(yīng)被提上日程。[4]9030年內(nèi)創(chuàng)造的，數(shù)字化制造知識(shí)大致也是這樣。速電主軸、直線(xiàn)電機(jī)、軟件補(bǔ)償精度、涂層刀具、AMIM、分形制造、全能制造、可重組制造、虛擬企業(yè)和多智能代理制造等。以QFD／CADD／DFX／VM／RP／CAM／CAE以及成型和加工工藝仿真等為主體的上游骨干技術(shù)群。由NC／NGC／MC／CNC／DNC／FMC／PFMC／FMS／PFMS／Web—based制造、無(wú)圖紙制造和機(jī)器人，物流系統(tǒng)等組成的下游數(shù)字控制制造技術(shù)群。以IGES、STEP、MRPE、、MIS、PDM、、工程數(shù)據(jù)庫(kù)和因特網(wǎng)等為主體的制3個(gè)技術(shù)群之間的關(guān)系示意如下：制造業(yè)擁有的數(shù)字化制造技術(shù)比重逐年上升，數(shù)字化制造技術(shù)本身不斷得到充實(shí)提高，并逐漸成為制造業(yè)優(yōu)質(zhì)低耗、低成本和快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的首選制造技術(shù)。制造系統(tǒng)工程的研究和應(yīng)用取得多項(xiàng)成就。[5-12]。MEMS事實(shí)上，促成取得上述成就的諸因素中首推對(duì)產(chǎn)品和制造業(yè)以及制造技術(shù)發(fā)展的市場(chǎng)需求爭(zhēng)不斷增加企業(yè)資金流量和提高資本效率。企業(yè)處在市場(chǎng)環(huán)境中各種干擾總是不可免的，年來(lái)各國(guó)不同制造行業(yè)的興衰就是明證。世紀(jì)之交制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)世紀(jì)之交，制造業(yè)面臨著一系列新的挑戰(zhàn)。眾知建立現(xiàn)代化制造工業(yè)實(shí)質(zhì)上是建立現(xiàn)代化1949年后幾十年的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期建成了綜觀(guān)過(guò)去和現(xiàn)在，世紀(jì)之交制造業(yè)面對(duì)的主要挑戰(zhàn)大致是：20年類(lèi)似，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇并存，仍然是制造業(yè)面臨的首要挑戰(zhàn)。20年內(nèi)科技知識(shí)可能會(huì)再增長(zhǎng)一倍，企業(yè)亟需制訂面對(duì)知識(shí)／產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的競(jìng)爭(zhēng)策略。制造業(yè)產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)策略和生產(chǎn)管理等必需適應(yīng)保護(hù)環(huán)境、信息化時(shí)代、制造全球化和局域化并存、后工業(yè)化和欠工業(yè)化并存、人口老齡化等新世紀(jì)特點(diǎn)和要求。(4)國(guó)家經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值中服務(wù)行業(yè)比重上升，制造業(yè)業(yè)務(wù)中應(yīng)用工程比重加大，制造業(yè)的服務(wù)行為日益強(qiáng)化。率。開(kāi)發(fā)及利用效率?，F(xiàn)有專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)方式、方法日益不適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的需求。面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)亟需補(bǔ)充高素質(zhì)的青年人才，建立先進(jìn)的人才管理機(jī)制，充分發(fā)揮員工的積極性。沒(méi)有高素質(zhì)的員工和他們的敬業(yè)精神，建立現(xiàn)代化的制造企業(yè)是不可能的。數(shù)字化制造技術(shù)和我國(guó)制造業(yè)的振興正在進(jìn)行國(guó)企改革、改組、改造并加強(qiáng)管理的我國(guó)制造業(yè)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在世紀(jì)之交還面對(duì)著不斷變化的全球性和局域性市場(chǎng)、個(gè)性化的客戶(hù)需求、日益復(fù)雜的制造技術(shù)和經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)增加，為此首先需要從戰(zhàn)略上處理好：面對(duì)全球化競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，我國(guó)制造業(yè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)和在國(guó)家經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值中的應(yīng)有比例。我國(guó)制造業(yè)以數(shù)字化制造技術(shù)為主流制造技術(shù)，作可持續(xù)繁榮發(fā)展的基本策略的制造技術(shù)等。逐步做到敏捷響應(yīng)市場(chǎng)需求，并優(yōu)質(zhì)低成本一次制造成功。式方法轉(zhuǎn)變?yōu)槿轿恍畔⒅С窒碌目茖W(xué)風(fēng)險(xiǎn)決策方式方法。實(shí)施合理的信息、知識(shí)供需戰(zhàn)略和方法，將是提高企業(yè)和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要保證。訂制需求，以實(shí)現(xiàn)高增值、快速響應(yīng)市場(chǎng)、高產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)為目的的數(shù)字化制造技術(shù)，包括：繼續(xù)擴(kuò)大CAD／CAM在制造業(yè)的應(yīng)用。將圖庫(kù)支持下以制圖和分析計(jì)算為主的CAD逐步擴(kuò)展為能支持設(shè)計(jì)特別是能進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的CADD／CAM。在NCCNC應(yīng)用的基礎(chǔ)上，將CADD／RPCAM／CNCIR／CAA／CAI現(xiàn)快速無(wú)圖紙柔性制造。有條件的在聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上試行Webbased縮短開(kāi)發(fā)周期。研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用可重組的先進(jìn)制造裝備和工藝?？紤]到原材料和配套件價(jià)格上揚(yáng)、產(chǎn)品研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用先進(jìn)制造工藝。加強(qiáng)基礎(chǔ)工藝及其可控性的應(yīng)用機(jī)理研究，建立單元制造工藝體系，提高單元工藝水平及其標(biāo)準(zhǔn)化程度。數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)字化制造信息支持系統(tǒng)的建造。(4)注重高素質(zhì)人才的使用和培養(yǎng)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、市場(chǎng)的變化和技術(shù)進(jìn)步，促使目前工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的員工技能老化率已達(dá)每年15％-20％，未來(lái)企業(yè)中的工作崗位預(yù)計(jì)大致每隔5—10年就要進(jìn)行一次重組，而較小的變動(dòng)則會(huì)不斷發(fā)生，在這種環(huán)境中企業(yè)間人員的流動(dòng)不斷變化的企業(yè)動(dòng)態(tài)需求，專(zhuān)業(yè)勞動(dòng)力將轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝詫?zhuān)業(yè)勞動(dòng)力。數(shù)字化制造學(xué)科的展望制造學(xué)科發(fā)展是為制造業(yè)和制造技術(shù)的發(fā)展服務(wù)的，決定制造學(xué)科發(fā)展的主要因素是：發(fā)展制造業(yè)和制造技術(shù)的需求、國(guó)情、資金投人、全球經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展動(dòng)向、基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)研究水平，專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍水平狀況等。展望今后，數(shù)字化制造學(xué)科的發(fā)展大致可以概括為5個(gè)方面即：生產(chǎn)模式研究；科學(xué)決策方法和理論研究；數(shù)字化制造技術(shù)研究；人才培養(yǎng)和使用；基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。營(yíng)管理、財(cái)會(huì)金融、研發(fā)、設(shè)計(jì)、工藝、制造、供應(yīng)銷(xiāo)售、售前售后服務(wù)、應(yīng)用工程、人1520％是共同的，包括：企業(yè)全面面向市場(chǎng)；企業(yè)適度虛擬；組織的遞階／扁平精益化；生產(chǎn)能力柔性可重組；先進(jìn)的信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)和分配能力；充分發(fā)揮人的主觀(guān)能動(dòng)性等。從過(guò)去幾年這方面的工作看研究工作需要和企業(yè)一起首先進(jìn)行大量的(例如數(shù)百家)企業(yè)實(shí)況調(diào)研，以了解企業(yè)的真實(shí)情(如只限于組織扁平化或工裝可重組應(yīng)用等)適用先進(jìn)生產(chǎn)模式，并不斷根據(jù)監(jiān)測(cè)效果進(jìn)行改進(jìn)，條件具備時(shí)再逐步擴(kuò)大推廣，直至科學(xué)決策理論和方法研究。生產(chǎn)過(guò)程伴隨著一系列串行和并行決策，決策質(zhì)量和結(jié)果在350年代即已形成，但是生產(chǎn)過(guò)程決策面對(duì)的問(wèn)題針對(duì)第4節(jié)所述數(shù)字化制造技術(shù)，從學(xué)科上要著重解決：?jiǎn)卧夹g(shù)創(chuàng)新；鏈接集成；虛擬仿真；系統(tǒng)可重組、無(wú)故障運(yùn)行和一次制造成功等應(yīng)用基礎(chǔ)問(wèn)題。制造專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)看來(lái)要通過(guò)多通道來(lái)解決?？紤]到制造學(xué)科面對(duì)的是大制造業(yè)，學(xué)式，有必要盡早在有條件的高等學(xué)校把“制造科學(xué)與工程”學(xué)科和“機(jī)械與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)”學(xué)科并適應(yīng)工作要求，制造業(yè)迫切需要大量高素質(zhì)的中等專(zhuān)業(yè)人才，辦好中等專(zhuān)業(yè)教育是建立現(xiàn)種形勢(shì)企業(yè)內(nèi)的終身培訓(xùn)制將逐步為有利于再就業(yè)的社會(huì)性終身進(jìn)修并取得公認(rèn)的專(zhuān)業(yè)資格制所替代，需要建立一批面對(duì)在職員工的社會(huì)性有授資格權(quán)的專(zhuān)業(yè)進(jìn)修單位。在數(shù)字化制造的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，宜著重開(kāi)展制造科學(xué)和制造信息學(xué)的研究，增殖；計(jì)算幾何；技藝的傳遞[6-9]。后者針對(duì)制造過(guò)程信息特征的研究制造過(guò)程人們還不太熟悉但對(duì)制造有決定性影響的一個(gè)層面先進(jìn)制造領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)(32)————煤的清潔燃燒技術(shù)一、技術(shù)概述我國(guó)是世界耗煤第一大國(guó)，主要用于火力發(fā)電燃煤鍋爐，由于大部分火電廠(chǎng)未對(duì)燃煤排氣中的SO2、NOX采取措施脫除，因此造成對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重。目前主要有兩類(lèi)方式對(duì)燃煤排放氣體中的SO2、NOX進(jìn)行處理。一類(lèi)是在爐內(nèi)通過(guò)燃燒技術(shù)的改進(jìn)，降低SO2、NOX排放量，這種技術(shù)主要應(yīng)用于常規(guī)燃煤發(fā)電廠(chǎng)，稱(chēng)之為煤清潔發(fā)電技術(shù)。目前已有商業(yè)應(yīng)用。煤的清潔發(fā)電技術(shù)主要有、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)技術(shù)C、整體煤氣化蒸汽－燃?xì)饴?lián)合循環(huán)技術(shù)。另一類(lèi)是在爐后，尾部煙氣中進(jìn)行脫硫脫硝。采用的主要的技術(shù)和方法主要有：1．濕法煙氣脫硫技術(shù)、2．旋轉(zhuǎn)噴霧半干煙氣脫硫技術(shù)、3．爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫技術(shù)、4．電子束照射法、5．磷銨肥法、6．活性焦法等，統(tǒng)稱(chēng)為脫硫（脫硝）技術(shù)。二、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)煤清潔發(fā)電技術(shù)國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)①?lài)?guó)外CFBC鍋爐正向大型化方向迅速發(fā)展，循環(huán)流化床鍋爐的爐型較多，各家公司都有自己獨(dú)特的流派，競(jìng)爭(zhēng)很激烈。目前國(guó)外已運(yùn)行的CFBC鍋爐的容量等級(jí)已達(dá)到100－200－300MWCFBC年由法國(guó)stein250MWCFBC300MW等級(jí)。②在八十年代中期國(guó)外已開(kāi)始建設(shè)PFBC－CC示范電站。瑞典ABB－Carbon公司在PFBC－CC200MWP200裝置首批五套已先后在瑞典、西班牙、美國(guó)和日本的電站投入運(yùn)行。首臺(tái)輸入功率為800MW的P800裝置Karita電站建設(shè)中。③經(jīng)過(guò)凈化處理的合成煤氣為燃料的IGCC發(fā)電系統(tǒng)是目前最清潔高效的燃煤發(fā)電方式。目前國(guó)外已建成工業(yè)裝置5套，正在建設(shè)和計(jì)劃建設(shè)的電站超過(guò)24座，總?cè)萘砍^(guò)1972170MW1994年建成的Buggenum43．2IGCC裝置；1995年在Wabash262MWIGCC裝置。各家公司面向市場(chǎng)，展開(kāi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，針對(duì)各自的技術(shù)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)大型潔凈煤發(fā)電裝置。隨著IGCC的技術(shù)發(fā)展和成熟，今后的市場(chǎng)需求將會(huì)增大。CFBCPFBC及IGCCCFBC100MW21世紀(jì)前期階段，發(fā)揮我國(guó)的地理、價(jià)格等優(yōu)勢(shì)，在亞洲地區(qū)可占有較大份額。國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)①循環(huán)流化床燃燒技術(shù)（CFBC）我國(guó)目前CFBC鍋爐容量相對(duì)較小，已有數(shù)十臺(tái)幾種不同流派的 75t／hCFBC鍋爐）（（C鍋爐正處于設(shè)計(jì)安裝階段。CFBCCFBC鍋爐的410t/hCFBCFW公CFBCPyropower50MWCFBCAhlstrom公司合作生產(chǎn)50MWCFBC“八五”期間組織清華大學(xué)、中科院工程熱物理研究所等單220t/hCFBC鍋爐。上述各方面條件，為發(fā)展我國(guó)大型CFBC鍋爐技術(shù)，奠定了良好的基礎(chǔ)。Ahlstrom410t/hCFBCCFBC19964CFBC鍋爐的消化吸收，開(kāi)發(fā)研制創(chuàng)造有利條件。同時(shí)，國(guó)家計(jì)委已批準(zhǔn)西安熱工研究院建CFBC鍋爐的組織和協(xié)調(diào)提供良好條件。結(jié)合示范工程如四川白馬電廠(chǎng)等建設(shè)項(xiàng)目引進(jìn)國(guó)外200－300MW級(jí)CFBC鍋爐設(shè)備或采200－300MWCFBC九五2000年后，開(kāi)發(fā)出200－300MWCFBC鍋爐及輔助系統(tǒng)，并形成生產(chǎn)能力。②增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)（PFBC－CC）我國(guó)對(duì)PFBC－CC起步較晚，進(jìn)展緩慢，國(guó)內(nèi)以東南大學(xué)為主，從“六五”開(kāi)始已進(jìn)行大量15MWEPFBC－CC1997年底在江蘇省徐100MW級(jí)PFBC－CCPFBC－CC。③整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）IGCC801993年以后國(guó)家科委、電力部IGCCIGCC可行性及示范工程初步研2000200－400MWIGCC2010年后逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化并進(jìn)行推廣。④大型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組（GT）發(fā)展整體煤氣聯(lián)合循環(huán)和增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)必須要盡快發(fā)發(fā)電機(jī)組效率的提高，可使組成的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的效率更高。南京汽輪電機(jī)廠(chǎng)與美國(guó)GE公司合作生產(chǎn)MS600IB型燃?xì)廨啓C(jī)，額定功率37MW，業(yè)已生產(chǎn)了5臺(tái)。當(dāng)前市場(chǎng)需求已經(jīng)向大功率高效率聯(lián)合循環(huán)機(jī)組轉(zhuǎn)化，燃機(jī)單機(jī)功率已達(dá)200MW300－450MWMS600IB型燃?xì)?00MW等級(jí)及以上功率更大、效率更高的燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的制造技術(shù)。脫硫（脫硝）技術(shù)工業(yè)化國(guó)家脫硫脫硝法規(guī)均相當(dāng)嚴(yán)格。因此，大型燃煤裝備的脫硫脫硝系統(tǒng)普及率已達(dá)90％以上。由于技術(shù)發(fā)展的原因，這些系統(tǒng)一般采用兩套裝置為濕法工藝外加脫硝技術(shù)的硫脫硝一體化技術(shù)作為下世紀(jì)的儲(chǔ)備技術(shù)。該技術(shù)適用于大型燃煤裝備的脫硫脫硝工藝。我國(guó)是世界耗煤第一大國(guó)，主要用于火力發(fā)電燃煤鍋爐排硫量相當(dāng)可觀(guān)。而且呈逐年上升趨勢(shì)。脫除SO2的技術(shù)在我國(guó)尚在起步階段，與國(guó)外差距很大，大型燃煤設(shè)備脫硫普及率不足3％，而脫硝技術(shù)目前尚未起步。目前采用的脫硫（脫硝）濕法煙氣脫硫技術(shù)，其中以石灰石／石灰濕式洗滌法為主要脫硫工藝，這種工藝脫硫效率可達(dá)90％以上，我國(guó)珞璜電廠(chǎng)已引進(jìn)了這種技術(shù)和設(shè)備。旋轉(zhuǎn)噴霧半干煙氣脫硫技術(shù)，其脫硫效率可達(dá)80％左右，國(guó)內(nèi)在白馬電廠(chǎng)進(jìn)行過(guò)半工業(yè)性試驗(yàn)，日本在我國(guó)黃島電廠(chǎng)210MW機(jī)組抽爐煙進(jìn)行半工業(yè)性試驗(yàn)。爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫技術(shù)，脫硫效率達(dá)70％，世界上已有幾臺(tái)機(jī)組采用該技術(shù)。電子束照射法，它是一種同時(shí)脫硫脫硝的方法，脫硫效率9080％，日本荏原公司提供技術(shù)裝備，現(xiàn)正在成都熱電廠(chǎng)進(jìn)行半工業(yè)性試驗(yàn)。磷銨肥法，脫硫效率95％，副產(chǎn)品為氮磷復(fù)合肥料，我國(guó)在四川豆壩電廠(chǎng)進(jìn)行過(guò)半工業(yè)性試驗(yàn)，生產(chǎn)出磷銨肥?；钚越狗?，活性焦是一種柱狀脫硫炭，目前只有德國(guó)BF公司和日本三井干法脫硫技術(shù)比較適合我國(guó)國(guó)情。其生成物多為硫酸氨等